一种热超导量子干涉接近晶体管

　　典型TSQUIPT的伪彩色扫描电子显微镜（SEM）图像。Al纳米线（黄色）插入Al环（蓝色），而普通金属电极（红色）通过薄氧化层隧道耦合到纳米线的中间。一组超导隧道探头（黄色）耦合到普通金属电极，并用作局部加热器和温度计。图片来源：Ligatoetal。
　　超导体是可以达到称为超导状态的材料，在这种状态下，物质没有电阻，不允许磁场穿透。在低温下，这些材料被认为是高效的热绝缘体，并且由于所谓的接近效应，它们还可以影响附近金属或超导线的状态密度。
　　意大利IstitutoNanoscienze（CNR）和ScuolaNormaleSuperiore的研究人员最近开发了一种晶体管，它利用了超导体的这种特定质量。他们的晶体管被称为热超导量子干涉接近晶体管（TSQUIPT），在发表在《自然物理学》上的一篇论文中介绍。
　　我们的工作在于相干量热电子学的框架，旨在设想和实现能够在不同纳米尺度量子技术架构中掌握能量转移的设备，进行这项研究的研究人员之一FrancescoGiazotto告诉Phys。org。
　　由Giazotto及其同事开发的晶体管TSQUIPT背后的主要思想是通过所谓的超导邻近效应来控制金属或超导体的热特性。从本质上讲，晶体管利用宏观超导量子相来控制超导体附近金属中的状态密度，从而调节其热传输特性。
　　TSQUIPT最初是由我们最近论文的一些作者在几年前首次提出的，尽管还没有具体的认识，Giazotto说。我们对TSQUIPT的实现利用了长超导纳米线作为接近元件，从而使我们能够展示相位调谐超导体热传输特性的可能性，并实现第一个热存储单元。
　　众所周知，普通金属是电和热的良好导体，因为它们能够允许晶体中包含的电子传递热量和电荷。相比之下，虽然超导体是良好的电导体（即显示零电阻），但它们是较差的热导体，因为它们晶体中的主要自由载流子是Cooper对。库珀对是带电的电子对，不能传递热量，因为它们在本质上是无耗散的。
　　TSQUIPT的核心概念是一个纳米铝岛（Al），可以制成超导或正常金属样，由两个超导引线诱导量子干涉，定义一个环，并与该岛进行良好的金属接触，Giazotto解释说。
　　对于穿透超导环路的通量量子的整数值，超导性得到增强，并且该岛表现为良好的热绝缘体。对于通量量子的半整数值，超导性被理想地抑制，并且该岛表现为良好的热导体。
　　这种独特的设计由研究人员在2014年发表的一篇论文中首次引入，允许他们通过施加外部磁场来随意抑制或加强晶体管中的超导性。因此，晶体管中铝岛的导热性可以完全操纵，使其成为所谓的热阀。
　　作为他们最近研究的一部分，Giazotto和他们的同事通过将金属电极的热量吸收到晶体管中来证明其晶体管的这种能力，金属电极也通过隧道接触耦合到铝岛。总体而言，他们的发现证明了相位相干地操纵量子器件的能量传输质量的可行性。
　　TSQUIPT为实现结构开辟了道路，其中热传递的控制能够设想和实现电子设备的热对应物，例如热晶体管，存储器，逻辑门和热电发动机，Giazotto说。从基本的角度来看，我们的方法还证明了研究固态系统中无电荷量子模式的可能性，例如马约拉纳束缚态和参数，这是常规电荷传输技术无法检测到的。
　　未来，TSQUIPT晶体管可以为实现各种新器件铺平道路。最近的论文还增强了目前对纳米级能量转移的理解，从而有可能改善其管理。
　　在未来，Giazotto及其同事最近的工作可以激发研究超导纳米系统中量子热力学性质的新研究。在他们的下一个研究中，IstitutoNanoscienze（CNR）和ScuolaNormaleSuperiore的团队将尝试通过改进热阀的设计以及使用超导材料来提高TSQUIPT的性能，这些材料允许其在几开尔文度的温度下使用。
　　我们还计划研究记忆单元的时间响应，以研究其写入擦除时间及其在几天内保留编码数据的能力，Giazotto补充道。这将代表实际实现热计算和存储器逻辑架构的下一个关键步骤。